一體化粉體球化及分級方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種一體化粉體球化及分級方法，屬于粉體分級【技術領域】。該方法將粉體放置于容器內(nèi)，并加入分散介質(zhì)；對容器內(nèi)的粉體及分散介質(zhì)進行攪拌；將粉體漿液緩慢滴至反應釜體內(nèi)，反應釜體裝有該粉體的不良溶劑；啟動分級反應釜體的攪拌槳，使粉體球化為不同粒徑的球體；利用粒徑檢測儀檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑；通過調(diào)節(jié)反應釜體內(nèi)設置的可上下移動、左右伸縮的收集頭來收集不同粒徑范圍的球體混合液；將球體混合液過濾、干燥，得到對應的粒徑范圍的粉體。本方法具有普適性，能夠?qū)Π≒S、PA12等在內(nèi)的低熔點工程塑料粉體和常規(guī)的塑料粉體進行球化；高球化率，達到95％以上；所得粉體粒徑分布窄，且分布均一。
【專利說明】一體化粉體球化及分級方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及粉體分級【技術領域】，特別涉及一種一體化粉體球化及分級方法。

【背景技術】
[0002]3D打印技術是目前先進制造領域中研究的熱點，屬于多學科交叉匯聚和科技創(chuàng)新，體現(xiàn)出綠色制造、智能制造和社會化制造的特點。其研究成果已被廣泛應用于消費電子、汽車、航空航天、模具、國防軍工、工業(yè)設計、再生醫(yī)學等領域。歐美發(fā)達國家高度重視，認為3D打印技術將與網(wǎng)絡技術、機器人技術等其他數(shù)字化制造技術一起推動第三次工業(yè)革命。各國也進行了相應的布局和政策引導，例如我國的《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》、《國家“十二五”科學和技術發(fā)展規(guī)劃》，以及美國的《國家先進制造戰(zhàn)略計劃》等。要實現(xiàn)3D打印技術在工業(yè)制造領域的廣泛應用，還需解決一系列的技術瓶頸問題，例如3D打印精度與效率、打印材料、打印設計以及打印裝備問題等。
[0003]目前3D打印的材料主要是金屬、聚合物以及復合材料為主的溶液、絲狀、棒狀以及粉體材料。材料方面，制約3D打印技術廣泛應用的最大瓶頸問題在于適合打印的材料種類少、價格昂貴、缺乏功能性。因此，針對不同應用領域的技術需求，研究3D打印材料定向設計原理與方法，發(fā)展功能性打印材料制備技術，實現(xiàn)打印材料的規(guī)?；苽洌粌H對發(fā)展打印技術產(chǎn)業(yè)具有重要的推動作用，也將對新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到十分重要的促進作用。
[0004]在工業(yè)應用領域，3D打印技術的需求逐步增長，高球化率粉體材料是提高打印終端器件的精度和強度重要因素之一。以選擇性激光燒結(jié)技術(SLS)為基礎的3D打印機，要求使用的粉體材料具有高球化率、超細粒徑和窄粒徑分布，以確保粉體材料在打印過程中的高流動性、高堆積密度和低空隙率。由于現(xiàn)有工程塑料細粉受制備工藝和理化性能的限制，粉體的球化和純化技術欠缺。以市售的粉體材料在顯微鏡下觀察，主要呈現(xiàn)出無規(guī)則的片狀、粒狀、塊狀或棒狀。在打印工藝中粉體體現(xiàn)為低流動性、低打印精度、低強度和易團聚的特性；3D打印的器件容易出現(xiàn)中空、形變、坍塌等現(xiàn)象，不能滿足工業(yè)上對終端打印器件的精度和強度需求。
[0005]因此，粉體分級技術在粉體加工過程的中地位越來越重要。通常采用的分級方法可歸納為干法分級和濕法分級兩大類。干法分級的優(yōu)點是分級后的產(chǎn)品無須進行干燥、再分散等后處理，因而能耗較低、操作簡便；其缺點是在目前條件下，分級產(chǎn)品的細度和粒度分布不夠理想，很難滿足3D打印技術的高標準要求。濕法分級的優(yōu)點是可獲得粒度很細的產(chǎn)品，而且產(chǎn)品的粒度分布范圍可控制得比較窄。但濕法分級也存在缺點:對于最終成品要求是干態(tài)時，必須經(jīng)干燥和防團聚處理，因而工藝較復雜，能耗較高；而對于最終產(chǎn)品要求是濕態(tài)、粒度很細且粒度分布很窄或分級物料為易燃易爆品時，采用濕法分級是合適的。
[0006]濕法分為:(I)靜電場濕法分級；(2)間斷離心濕法分級；(3)連續(xù)離心濕法分級方法。間斷離心濕法分級就是將被分級的超細粉體置于液體(如水)介質(zhì)中，粒子的表面經(jīng)適當?shù)奶幚砗笠詥蝹€狀態(tài)均勻地分散于介質(zhì)中，然后將這種均勻的混合液間斷地加入離心機的腔體內(nèi)。啟動離心機，以設定的分離因素和分級時間對物料進行分級，使得預計分出的大粒子全部沉降后，停止離心機，取出混合液，即可得到所需的細粒級產(chǎn)品。連續(xù)離心濕法分級與間斷離心濕法分級的原理、處理方法相同。分散均勻的固液混合物料被連續(xù)引入分級腔，在離心力的作用下，細粒子隨液相連續(xù)地從分級腔體設定的出口排出，粗粒子隨液相從另一出口排出。因而選擇不同的離心力場和工藝條件便可得到不同粒徑的產(chǎn)品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種一體化粉體球化及分級方法。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0009]一種一體化粉體球化及分級方法，具體步驟如下:
[0010]I)將粉體放置于容器內(nèi)，并根據(jù)其理化性質(zhì)加入適量的所需種類的分散介質(zhì)；
[0011]2)對容器內(nèi)的粉體及分散介質(zhì)進行攪拌，形成粉體漿液；
[0012]3)將粉體楽:液緩慢滴至反應爸體內(nèi)，所述反應爸體裝有該粉體的不良溶劑；
[0013]4)啟動分級反應釜體的攪拌槳，使粉體在剪切力、表面張力、重力等的綜合作用下球化為不同粒徑的球體；
[0014]5)利用反應釜體內(nèi)的粒徑檢測儀檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑;
[0015]6)通過調(diào)節(jié)反應釜體內(nèi)設置的可上下移動、左右伸縮的收集頭來收集不同粒徑范圍的球體混合液；
[0016]7)將球體混合液過濾、干燥，得到對應的粒徑范圍的粉體，最終實現(xiàn)粉體球化、分級。
[0017]進一步的，所述反應釜體包括筒體、攪拌槳、粒徑檢測儀和收集頭，所述攪拌槳豎直設置在筒體中部，用于對筒體內(nèi)漿液進行攪拌；所述粒徑檢測儀的探頭設置在收集頭前端內(nèi)部，用于檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑，所述收集頭為可伸縮的中空桿狀結(jié)構，且設置在筒體內(nèi)側(cè)壁表面的豎直滑槽上；所述收集頭通過軟管與筒體側(cè)壁內(nèi)的的空腔管道連接。
[0018]進一步的，所述粉體為塑料粉體，為PS或PA12塑料粉體；分散介質(zhì)為四氫呋喃或苯。
[0019]進一步的，對容器內(nèi)的塑料粉體及分散介質(zhì)進行攪拌，攪拌速度為300?800轉(zhuǎn)/min，攪拌時的溫度為-20°C至150°C。
[0020]進一步的，步驟4)所述攪拌槳的攪拌速度范圍為1000?1500轉(zhuǎn)/min。
[0021]進一步的,步驟4)中所述球體的粒徑為O?50 μ m。
[0022]進一步的，所述粉體漿液中粉體的占重百分比控制在10%至50%。
[0023]進一步的，粉體與不良溶液的質(zhì)量比例控制在1:100?1:1000。
[0024]本發(fā)明的有益技術效果是:本方法具有普適性，能夠?qū)Π≒S、PA12等在內(nèi)的低熔點工程塑料粉體和常規(guī)的塑料粉體進行球化；高球化率，達到95%以上；所得粉體粒徑分布窄，且分布均一。
[0025]本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中:
[0027]圖1為本發(fā)明一體化粉體球化及分級方法的流程示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明一體化粉體球化及分級方法中的反應釜體結(jié)構示意圖；
[0029]圖3為由收集頭所得PS粉體干燥后球體顯微鏡圖像；
[0030]圖中:1_攪拌槳；2_粒徑檢測儀；3_收集頭。

【具體實施方式】
[0031]以下是本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述，應當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。
[0032]參照圖1，本發(fā)明一體化粉體球化及分級方法的流程示意圖，步驟如下:
[0033]I)將粉體放置于容器內(nèi)，并根據(jù)其理化性質(zhì)加入適量的所需種類的分散介質(zhì)；
[0034]2)對容器內(nèi)的粉體及分散介質(zhì)進行攪拌，形成粉體漿液；
[0035]3)將粉體楽:液緩慢滴至反應爸體內(nèi)，所述反應爸體裝有該粉體的不良溶劑；
[0036]4)啟動分級反應釜體的攪拌槳，使粉體在剪切力、表面張力、重力等的綜合作用下球化為不同粒徑的球體；
[0037]5)利用反應釜體內(nèi)的粒徑檢測儀檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑;
[0038]6)通過調(diào)節(jié)反應釜體內(nèi)設置的可上下移動、左右伸縮的收集頭來收集不同粒徑范圍的球體混合液；
[0039]7)將球體混合液過濾、干燥，得到對應的粒徑范圍的粉體，最終實現(xiàn)粉體球化、分級。
[0040]所述反應釜體包括筒體、攪拌槳、粒徑檢測儀和收集頭，所述攪拌槳豎直設置在筒體中部，用于對筒體內(nèi)漿液進行攪拌；所述粒徑檢測儀的探頭設置在收集頭前端內(nèi)部，用于檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑，所述收集頭為可伸縮的中空桿狀結(jié)構，且設置在筒體內(nèi)側(cè)壁表面的豎直滑槽上；所述收集頭通過軟管與筒體側(cè)壁內(nèi)的的空腔管道連接。
[0041]所述粉體為塑料粉體，為PS或PA12塑料粉體；分散介質(zhì)為四氫呋喃或苯。
[0042]對容器內(nèi)的塑料粉體及分散介質(zhì)進行攪拌，攪拌速度為300?800轉(zhuǎn)/min，攪拌時的溫度為_20°C至150°C。
[0043]步驟4)所述攪拌槳的攪拌速度范圍為1000?1500轉(zhuǎn)/min。
[0044]步驟4)中所述球體的粒徑為O?50 μ m。
[0045]所述粉體漿液中粉體的占重百分比控制在10%至50%。
[0046]粉體與不良溶液的質(zhì)量比例控制在1:100?1:1000。
[0047]實施例1
[0048]采用PS塑料粉體作為球化、分級的對象，首先將10份PS塑料粉體放置于圓底燒瓶內(nèi)，再往燒瓶內(nèi)加入20份的苯。對燒瓶內(nèi)的PS塑料粉體和苯進行攪拌直至形成粉體漿液，攪拌速度控制在750轉(zhuǎn)/min左右，控制攪拌時的溫度為45°C。本方法還需要利用反應釜體，參照圖2，反應釜體包括筒體、攪拌槳1、粒徑檢測儀2和收集頭3，所述攪拌槳I豎直設置在筒體中部，用于對筒體內(nèi)漿液進行攪拌；所述粒徑檢測儀2的探頭設置在收集頭前端內(nèi)部，用于檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑，所述收集頭3為可伸縮的中空桿狀結(jié)構，且設置在筒體內(nèi)側(cè)壁表面的豎直滑槽上；所述收集頭通過軟管與筒體側(cè)壁內(nèi)的的空腔管道連接。將PS粉體漿液緩慢地滴至反應釜體內(nèi)，且反應釜體裝有PS粉體的不良溶劑，將粉體與不良溶液的質(zhì)量比例控制在1:800左右。啟動攪拌槳，并控制攪拌槳的攪拌速度在1200轉(zhuǎn)/min左右，使不同粒徑大小的粉體球化，球化后球體分布在不同層面不同中心半徑范圍內(nèi)。反應釜體內(nèi)的收集頭可以上下、左右進行移動，通過收集頭前端內(nèi)部設置的粒徑檢測儀的探頭可以檢測到不同分布情況的球體的粒徑大小。收集頭可以將不同粒徑范圍的球體混合液收集，并通過反應釜體側(cè)壁內(nèi)的空腔管道排除，實現(xiàn)分級。
[0049]圖3為由收集頭所得PS粉體干燥后球體顯微鏡圖像，球體的粒徑為O?50 μ m。
[0050]實施例2
[0051]采用PA12塑料粉體作為球化、分級的對象；分散介質(zhì)采用四氫呋喃。將10份的PA12塑料粉體和20份的四氫呋喃加入到燒瓶內(nèi)，進行攪拌，攪拌的速度控制在450轉(zhuǎn)/min，溫度控制在50°C。
[0052]通過攪拌后形成粉體漿液，將粉體漿液加入到反應釜體內(nèi)，控制粉體與不良溶液的質(zhì)量比為1:500。啟動攪拌槳，攪拌槳的攪拌速度為1000轉(zhuǎn)/min。攪拌后通過收集頭將不同粒徑范圍的球體混合液收集起來，并通過空腔管道排除筒體。粒徑檢測儀可以檢測到不同位置的球體粒徑大小，通過粒徑檢測儀就可以知曉收集到的不同位置的球體的粒徑范圍。
[0053]最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其做出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權利要求書所限定的范圍。
【權利要求】
1.一種一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:具體步驟如下: 1)將粉體放置于容器內(nèi)，并根據(jù)其理化性質(zhì)加入適量的所需種類的分散介質(zhì)； 2)對容器內(nèi)的粉體及分散介質(zhì)進行攪拌,形成粉體漿液； 3)將粉體衆(zhòng)液緩慢滴至反應爸體內(nèi)，所述反應爸體裝有該粉體的不良溶劑； 4)啟動分級反應釜體的攪拌槳，使粉體在剪切力、表面張力、重力等的綜合作用下球化為不同粒徑的球體； 5)利用反應釜體內(nèi)的粒徑檢測儀檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑； 6)通過調(diào)節(jié)反應釜體內(nèi)設置的可上下移動、左右伸縮的收集頭來收集不同粒徑范圍的球體混合液； 7)將球體混合液過濾、干燥，得到對應的粒徑范圍的粉體，最終實現(xiàn)粉體球化、分級。
2.根據(jù)權利要求1所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:所述反應釜體包括筒體、攪拌槳、粒徑檢測儀和收集頭，所述攪拌槳豎直設置在筒體中部，用于對筒體內(nèi)漿液進行攪拌；所述粒徑檢測儀的探頭設置在收集頭前端內(nèi)部，用于檢測不同層面上、不同中心半徑范圍內(nèi)的球體粒徑，所述收集頭為可伸縮的中空桿狀結(jié)構，且設置在筒體內(nèi)側(cè)壁表面的豎直滑槽上；所述收集頭通過軟管與筒體側(cè)壁內(nèi)的的空腔管道連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:所述粉體為塑料粉體，為PS或PA12塑料粉體；分散介質(zhì)為四氫呋喃或苯。
4.根據(jù)權利要求3所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:對容器內(nèi)的塑料粉體及分散介質(zhì)進行攪拌，攪拌速度為300?800轉(zhuǎn)/min，攪拌時的溫度為_20°C至150°C。
5.根據(jù)權利要求3所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:步驟4)所述攪拌槳的攪拌速度范圍為1000?1500轉(zhuǎn)/min。
6.根據(jù)權利要求5所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:步驟4)中所述球體的粒徑為O?50 μ m。
7.根據(jù)權利要求3所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:所述粉體漿液中粉體的占重百分比控制在10%至50%。
8.根據(jù)權利要求3所述的一體化粉體球化及分級方法，其特征在于:粉體與不良溶液的質(zhì)量比例控制在1:100?1:1000。
【文檔編號】B29B9/00GK104149219SQ201410373153
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權日:2014年7月31日
【發(fā)明者】張代軍, 譚陸西, 黎靜 申請人:中國科學院重慶綠色智能技術研究院